(57)【要約】【課題】  低コストかつ簡単な構成で装置のスペックを低下させることなく非通紙部昇温を防止することができ、より信頼性の高い加熱装置及び画像形成装置を提供することを目的とする。【解決手段】  基板と、基板上に形成された負の抵抗温度特性を有する抵抗発熱体と、抵抗発熱体に給電する電極とからなる加熱体によって被加熱材を加熱する加熱装置において、抵抗発熱体を長手方向において3個以上の部分に分割し、分割した抵抗発熱体の各ブロックは被加熱材搬送方向に電流が流れるように給電され、かつ分割した抵抗発熱体の各ブロックは電気的に直列に接続する。抵抗発熱体の加熱面から見た形状は長方形、もしくは平行四辺形と台形とする。各ブロック間の隙間近傍で抵抗発熱体の抵抗を高くして、隙間部分の発熱量低下を補う構成をとってもよい。【選択図】  図１
2007025474.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも基板と、負の抵抗温度特性を有する抵抗発熱体と、抵抗発熱体に給電する電極とからなる加熱体によって被加熱材を加熱する加熱装置において、抵抗発熱体は長手方向において3個以上の部分に分割されており、分割された抵抗発熱体は被加熱材搬送方向に電流が流れるように給電され、分割された抵抗発熱体は電気的に直列に接続されていることを特徴とする加熱装置。
【請求項２】
請求項１記載の加熱装置において、抵抗発熱体はグラファイトを含むことを特徴とする加熱装置。
【請求項３】
請求項１・２記載の加熱装置において、加熱体はセラミックス基板上に抵抗発熱体を形成する構成であることを特徴とする加熱装置。
【請求項４】
請求項１から３に記載の加熱装置において、分割された抵抗発熱体の各部分の加熱面から見た形状は平行四辺形あるいは台形であることを特徴とする加熱装置。
【請求項５】
請求項１から４に記載の加熱装置において、抵抗発熱体の長手方向の一部分で、抵抗発熱体の体積抵抗が他の部分と異なる、あるいは抵抗発熱体の厚さが他の部分と異なることを特徴とする加熱装置。
【請求項６】
少なくとも加熱体と、一面を加熱体と接触摺動し他面を被加熱材と接触する可撓性部材と、可撓性部材を介して被加熱材を加熱体に密着させる加圧体とを有し、加熱体と加圧体により形成されるニップ部で可撓性部材と被加熱材を一緒に挟持搬送して被加熱材を加熱する加熱装置において、該加熱装置が請求項１から５の何れか１項に記載の構成であることを特徴とする加熱装置。
【請求項７】
記録材上に画像を形成する像形成手段と、該記録材上の画像を加熱する像加熱手段とを有する画像形成装置において、像加熱手段として請求項１から６の何れか１項に記載の加熱装置を備えたことを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、レーザービームプリンタ等の加熱装置及び該加熱装置を具備した画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば画像の加熱定着等のための記録材の加熱装置には、所定の温度に維持された加熱体としての熱ローラと、前記熱ローラに圧接する加圧体としての加圧ローラとによって形成されるニップ部に被加熱材としての記録材を導入して挟持搬送しつつ加熱する熱ローラ方式が多用されている。
【０００３】
また、このほかにもフラッシュ加熱方式、オーブン加熱方式、熱板加熱方式等種々の方式、構成のものが知られており、実用されている。
【０００４】
最近では、このような方式に代わって、熱源（以下、加熱体と記す）と、加熱体の支持体（ステー）と加熱体に対向圧接しつつ搬送される可撓性部材としての耐熱性フィルム（以下、フィルムと記す）と、フィルムを介して被加熱材としての記録材を加熱体に密着させる加圧体としての加圧ローラを有し、加熱体の熱をフィルムを介して記録材へ付与することで記録材面に形成担持されている未定着画像を記録材面に加熱定着させる方式・構成の画像加熱定着方式の加熱装置（フィルム加熱方式の加熱装置）が考案されている（例えば、特許文献１・２参照）。
【０００５】
このフィルム加熱方式の加熱装置において、加熱体としては、いわゆるセラミックヒータが一般的に用いられている。セラミックヒータは、基本的には、セラミックス基板上に抵抗発熱体を形成し、給電により抵抗発熱体を発熱させるものである。加熱体は、加熱体に当接あるいは接着されたサーミスタ等の検温素子で温度検知され、その検知温度を基に所定の温度になるように温度制御している。
【０００６】
このようなフィルム加熱方式の加熱装置ないしは画像加熱定着装置においては、加熱体として低熱容量のものを用いることができる。このため、従来の接触加熱方式である熱ローラ方式、ベルト加熱方式等の装置に比べ省電力及びウェイトタイムの短縮化（クイックスタート）が可能になる。
【特許文献１】特開平4-44075〜44083号公報
【特許文献２】特開平4-204980〜204984号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
前述のフィルム加熱方式の加熱装置において、通紙可能な最大サイズの記録材（以下、大サイズ紙と記す）よりもある程度小さな幅の記録材（以下、小サイズ紙と記す）を通紙した場合、温度制御は通紙部に設けられた検温素子の出力に基づいて行われる場合が多く、非通紙部では記録材に熱を奪われないため、非通紙部の温度が通紙部に比べて上昇する。これは、非通紙部昇温と呼ばれる現象である。また、特に小サイズ紙でかつ厚い記録材（厚紙・封筒等）が重送して通紙されてしまうような場合には、通紙部では記録材に大量の熱を奪われるため、加熱体に大量の電力が供給され非通紙部昇温が顕著になる。よって重送枚数が多い場合等には、加熱体・加圧ローラ等の劣化・破損に至る危険性がある。また、非通紙部昇温が大きくなると、小サイズ紙を通紙した直後に大サイズ紙を通紙した場合、端部で高温オフセットが発生する可能性がある。
【０００８】
この非通紙部昇温を防止するために、小サイズ紙が連続して通紙される場合は非通紙部の加熱体・加圧ローラ等の保護のためスループットを下げたり、長手方向の温度分布を均一化するための別部材（例えば、加圧ローラに放熱ローラを当接する）を設けたりする方法が考案され実施されている。しかし、スループットを下げることは画像形成装置のスペックダウンになり、別部材を設けるのはコストアップになる。
【０００９】
また、根本的に非通紙部昇温を解決する手段として、特開平6-19347号公報等に開示されているように負の抵抗温度特性（温度が上がると抵抗が下がる特性）を有する抵抗発熱体を基板上に線帯状に形成し、長手方向に給電する加熱体も考案されている。しかし、一般的に負の抵抗温度特性を有する抵抗発熱体は体積抵抗が高く、商用電源で使用できる範囲の抵抗を得ることは通常の抵抗発熱体パターンでは困難である場合が多い。
【００１０】
本出願に係る発明の目的は、負の抵抗温度特性を有する抵抗発熱体を用いた加熱体において、低コストかつ簡単な構成で、装置のスペックを低下させることなく非通紙部昇温を防止し、より信頼性の高い加熱装置及び画像形成装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記目的を達成するため、本出願に係る第１の発明は、少なくとも基板と、負の抵抗温度特性を有する抵抗発熱体と、抵抗発熱体に給電する電極とからなる加熱体によって被加熱材を加熱する加熱装置において、抵抗発熱体は長手方向において3個以上の部分に分割されており、分割された抵抗発熱体は被加熱材搬送方向に電流が流れるように給電され、分割された抵抗発熱体は電気的に直列に接続されていることを特徴とする。
【００１２】
本出願に係る第２の発明は、上述の加熱装置において、抵抗発熱体はグラファイトを含むことを特徴とする。
【００１３】
本出願に係る第３の発明は、上述の加熱装置において、加熱体はセラミックス基板上に抵抗発熱体を形成する構成であることを特徴とする。
【００１４】
本出願に係る第４の発明は、上述の加熱装置において、分割された抵抗発熱体の各部分の加熱面から見た形状は平行四辺形あるいは台形であることを特徴とする。
【００１５】
本出願に係る第５の発明は、上述の加熱装置において、抵抗発熱体の長手方向の一部分で、抵抗発熱体の体積抵抗が他の部分と異なる、あるいは抵抗発熱体の厚さが他の部分と異なることを特徴とする。
【００１６】
本出願に係る第６の発明は、少なくとも加熱体と、一面を加熱体と接触摺動し他面を被加熱材と接触する可撓性部材と、可撓性部材を介して被加熱材を加熱体に密着させる加圧体とを有し、加熱体と加圧体により形成されるニップ部で可撓性部材と被加熱材を一緒に挟持搬送して被加熱材を加熱する加熱装置において、該加熱装置が上述の加熱装置の構成であることを特徴とする。
【００１７】
本出願に係る第７の発明は、記録材上に画像を形成する像形成手段と、該記録材上の画像を加熱する像加熱手段とを有する画像形成装置において、像加熱手段として上述の加熱装置を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
上記構成からなる加熱装置及び画像形成装置を用いることによって、低コストかつ簡単な構成で装置のスペックを低下させることなく非通紙部昇温を防止することができ、より信頼性の高い加熱装置及び画像形成装置を提供することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
（実施例１）
以下、図面を参照し本発明の第１の実施例を説明する。
【００２０】
（１）画像形成装置例
図５は本実施例に従う画像形成装置例の概略構成図である。本実施例の画像形成装置は、転写式電子写真プロセス利用のレーザービームプリンタである。本実施例の画像形成装置は最大通紙幅をA4サイズ（紙幅：210mm）とする。
【００２１】
１０１は像担持体としての電子写真感光体ドラムであり、矢示の反時計方向に所定の周速度（プロセススピード）をもって回転駆動される。
【００２２】
１０２は接触帯電ローラ等の帯電手段であり、この帯電手段により感光体ドラム１０１の面が所定の極性・電位に一様に帯電処理（一次帯電）される。
【００２３】
１０３は画像露光手段としてのレーザービームスキャナであり、不図示のイメージスキャナ・コンピュータ等の外部機器から入力する目的の画像情報の時系列電気デジタル画素信号に対応してオン／オフ変調したレーザー光を出力して、感光体ドラム１０１の帯電処理面を走査露光（照射）する。この走査露光により感光体ドラム１０１面の露光明部の電荷が除電されて感光体ドラム１０１面に目的の画像情報に対応した静電潜像が形成される。
【００２４】
１０４は現像装置であり、現像スリーブから感光体ドラム１０１面に現像剤（トナー）が供給されて感光体ドラム１０１面の静電潜像が可転写像であるトナー像として順次に現像される。レーザービームプリンタの場合、一般的に、静電潜像の露光明部にトナーを付着させて現像する反転現像方式が用いられる。
【００２５】
１０９は給紙カセットであり、記録材Pを積載収納させてある。給紙スタート信号に基づいて給紙ローラ１０８が駆動されて給紙カセット１０９内の記録材Pが一枚ずつ分離給紙され、搬送ローラ１１０、レジストローラ１１１等を含むシートパス１１２を通って、感光体ドラム１０１と接触型・回転型の転写部材としての転写ローラ１０６との当接ニップ部である転写部位に所定のタイミングで導入される。すなわち、感光体ドラム１０１上のトナー像の先端部が転写部位に到達したとき、記録材Pの先端部もちょうど転写部位に到達するタイミングとなるようにレジストローラ１１１で記録材Pの搬送が制御される。
【００２６】
転写部位に導入された記録材Pはこの転写部位を挟持搬送され、その間、転写ローラ１０６には不図示の転写バイアス印加電源から所定に制御された転写電圧（転写バイアス）が印加される。この転写部材としての転写ローラ１０６及び転写電圧制御については後述する。転写ローラ１０６にはトナーと逆極性の転写バイアスが印加されることで転写部位において感光体ドラム１０１面側のトナー像が記録材Pの表面に静電的に転写される。
【００２７】
転写部位においてトナー像の転写を受けた記録材Pは感光体ドラム１０１面から分離されてシートパス１１３を通って加熱装置１０７へ搬送導入され、トナー像の加熱・加圧定着処理を受ける。
【００２８】
一方、記録材分離後（記録材Pに対するトナー像転写後）の感光体ドラム１０１面はクリーニング装置１０５で転写残トナーや紙粉等の除去を受けて清浄面化され、繰り返して作像に供される。
【００２９】
加熱装置１０７を通った記録材Pは、シートパス１１４を通って排紙口から排紙トレイ１１５上に排出される。
【００３０】
接触型・回転型の転写部材としての転写ローラ１０６は、一般にSUS、Fe等の芯金上にカーボン、イオン導電性フィラー等で1×106 〜1×1010Ω程度の抵抗に調整された半導電性のスポンジ弾性層を形成した弾性スポンジローラが用いられる。本実施例では、芯金の外回りに同心一体に、NBRゴムと界面活性剤等を反応させ、導電性を有する弾性層をローラ状に成形具備させてなるイオン導電系の転写ローラを用いた。抵抗値は1×108 〜5×108Ωの範囲のものを用いた。
【００３１】
転写ローラの抵抗は雰囲気環境の温湿度に応じて変動しやすいことが知られており、この転写ローラの抵抗変動は転写不良や紙跡などの発生を招来する。そこで、転写ローラの抵抗変動に起因する転写不良や紙跡などの発生を防止するために、転写ローラの抵抗値を測定し、その抵抗値測定結果に応じて転写ローラに印加する転写電圧を適正に制御する「印加転写電圧制御」が採択される。
【００３２】
そのような印加転写電圧制御例として特開平2-123385号公報に開示されるATVC制御（Active Transfer Voltage Control）がある。ATVC制御は、転写時、転写ローラに印加する転写バイアスを最適化する手段であり、転写不良、紙跡の発生を防止したものである。上記転写バイアスは、画像形成装置の前回転行程中に転写ローラから感光体ドラムに所望の定電流バイアスを印加し、その時のバイアス値から転写ローラの抵抗を検知し、印字行程の転写時に、その抵抗値に応じた転写バイアスを転写ローラに印加する。本実施例においても、上記のATVC制御を用いた。
【００３３】
（２）加熱装置１０７
次に、本実施例における加熱装置１０７について説明する。図４は本実施例のフィルム加熱方式の加熱装置の概略構成図である。この装置は特開平4-44075〜44083号公報、同4-204980〜204984号公報等に開示のテンションレスタイプの装置である。
【００３４】
このテンションレスタイプのフィルム加熱方式の加熱装置は、耐熱性フィルムとしてエンドレスベルト状もしくは円筒状のものを用い、該フィルムの周長の少なくとも一部は常にテンションフリー（テンションが加わらない状態）とし、フィルムは加圧部材の回転駆動力で回転駆動するようにした装置である。
【００３５】
１はステーであり、加熱体保持部材兼フィルムガイド部材としての耐熱性・剛性部材である。３は加熱体としてのセラミックヒータであり、上記のステー１の下面にステー長手に沿って配設して保持させてある。２はエンドレス（円筒状）の耐熱性フィルムであり、加熱体３を含むフィルムガイド部材であるステー１に外嵌させてある。このエンドレスの耐熱性フィルム２の内周長と加熱体３を含むステー１の外周長はフィルム２の方を例えば3mm程度大きくしてあり、従ってフィルム２は周長に余裕を持って外嵌している。
【００３６】
ステー１はポリイミド、ポリアミドイミド、PEEK、PPS、液晶ポリマー等の高耐熱性樹脂や、これらの樹脂とセラミックス、金属、ガラス等との複合材料等で構成できる。本実施例では液晶ポリマーを用いた。
【００３７】
フィルム２は熱容量を小さくしてクイックスタート性を向上させるために、フィルム膜厚は100μm以下、好ましくは50μm以下20μm以上の耐熱性のあるPTFE、PFA、FEP等の単層フィルム、或いはポリイミド、ポリアミドイミド、PEEK、PES、PPS等のフィルムの外周表面にPTFE、PFA、FEP等をコーティングした複合層フィルムを使用できる。本実施例では膜厚約50μmのポリイミドフィルムの外周表面にPTFEをコーティングしたものを用いた。フィルム２の外径は18mmとした。
【００３８】
４は加熱体３との間にフィルム２を挟んで圧接ニップ部(定着ニップ部)Nを形成し、かつフィルム２を回転駆動させるフィルム外面接触駆動手段としての加圧ローラである。この加圧ローラ４は芯金４aと弾性体層４bと最外層の離形層４cからなり、不図示の軸受け手段・付勢手段により所定の押圧力をもってフィルム２を挟ませて加熱体３の表面に圧接させて配設してある。本実施例では、芯金４aはアルミ芯金を、弾性体層４bはシリコーンゴムを、離形層４cは厚さ約30μmのPFAのチューブを用いた。加圧ローラ４の外径は20mm、弾性体層４bの厚さは3mmとした。
【００３９】
この加圧ローラ４は駆動系Mにより矢印の時計方向に所定の周速度で回転駆動される。この加圧ローラ４の回転駆動により、圧接ニップ部Nにおける該加圧ローラとフィルム外面との摩擦力でフィルム２に回転力が作用して、フィルム２はその内面側が定着ニップ部Nにおいて加熱体３の表面に密着して摺動しながらステー１の外回りを矢印の反時計方向に加圧ローラ４の回転周速度とほぼ同じ周速度で従動回転状態になる。
【００４０】
（３）加熱体３
次に、本実施例における加熱体３について説明する。図２は本実施例における加熱体３の正面図及び通電制御を行う回路を表す図である。また、図３は本実施例における加熱体３の断面図である。
【００４１】
加熱体３は被加熱材としての記録材Pの搬送方向aに対して直角方向を長手とする細長の耐熱性・絶縁性・良熱伝導性の基板７、該基板の表面（フィルム摺動面）側に形成具備させた抵抗発熱体６、この抵抗発熱体を形成した加熱体表面を保護させた耐熱性オーバーコート層８、抵抗発熱体６の長手端部の給電用電極９・１０等からなる全体に低熱容量の加熱体である。
【００４２】
本実施例の抵抗発熱体６は、グラファイト・ガラス粉末（無機結着剤）・有機結着剤を混練して調合したペーストをスクリーン印刷により、基板７上に形成して得たものである。抵抗発熱体６の形状・特性については後述する。
【００４３】
７は耐熱性・絶縁性を有する加熱体基板であり、例えば、アルミナや窒化アルミニウム等のセラミックス材料が用いられる。本実施例では幅6mm・長さ270mm・厚さ1mmのアルミナ基板を使用している。
【００４４】
８は、抵抗発熱体６のオーバーコート層であり、抵抗発熱体６と加熱体３表面との電気的な絶縁性とフィルム２の摺動性とを確保することが主な目的である。本実施例では、オーバーコート層８として厚さ約50μmの耐熱性ガラス層を用いた。
【００４５】
給電用電極９・１０と導電パターン１４は銀のスクリーン印刷パターンを用いた。給電用電極９・１０と導電パターン１４は抵抗発熱体６に給電する目的で設けられているので、抵抗は抵抗発熱体６に対して十分低くしている。
【００４６】
図２には加熱体３の裏面（非フィルム摺動面）も示している。５は加熱体の温度を検知するために設けられた検温素子である。本実施例では、検温素子として加熱体３から分離した外部当接型のサーミスタを用いている。この外部当接型サーミスタ５は、例えば支持体上に断熱層を設けその上にチップサーミスタの素子を固定し、素子を下側（加熱体裏面側）に向けて所定の加圧力により加熱体裏面に当接するような構成をとる。本実施例では、支持体として高耐熱性の液晶ポリマーを、断熱層としてセラミックスペーパーを積層したものを用いた。外部当接型サーミスタ５は最小通紙域内に設けられており、CPU１１に通じている。
【００４７】
この加熱体３をオーバーコート層８を形成具備させた表面側を下向きに露呈させてステー１の下面側に保持させて固定配設してある。以上の構成をとることにより、加熱体全体を熱ローラ方式に比べて低熱容量にすることができ、クイックスタートが可能になる。
【００４８】
加熱体３は、抵抗発熱体６の長手端部の給電用電極９・１０に対する給電により抵抗発熱体６が長手全長にわたって発熱することで昇温する。その昇温が検温素子５で検知され、検温素子５の出力をA/D変換しCPU１１に取り込み、その情報に基づいてトライアック１２により抵抗発熱体に通電する電力を位相、波数制御等により制御して、加熱体３の温度制御がなされる。即ち検温素子５の検知温度が所定の設定温度より低いと加熱体３が昇温するように、設定温度より高いと降温するように通電を制御することで、加熱体３は定着時一定温度に保たれる。なお、本実施例では位相制御により出力を0〜100％まで5％刻みの21段階で変化させている。出力100％は加熱体３に全通電したときの出力を示す。
【００４９】
加熱体３の温度が所定に立ち上がり、かつ加圧ローラ４の回転によるフィルム２の回転周速度が定常化した状態において、フィルム２を挟んで加熱体３と加圧ローラ４とで形成される圧接ニップ部Nに被加熱材としての画像定着すべき記録材Pが転写部位より導入される。そして、記録材Pがフィルム２と一緒に圧接ニップ部Nを挟持搬送されることにより加熱体３の熱がフィルム２を介して記録材Pに付与され記録材P上の未定着顕画像（トナー画像）Tが記録材P面に加熱定着される。圧接ニップ部Nを通った記録材Pはフィルム２の面から分離されて搬送される。
【００５０】
以下に本実施例の加熱体３の製法を述べる。まず、アルミナ基板上に給電用電極９・１０と導電パターン１４を同時にスクリーン印刷し、乾燥後、800℃程度の焼成温度で焼成する。次に前述のグラファイトペーストをスクリーン印刷し、乾燥・焼成する。グラファイトは700℃程度で表面酸化が始まるので、焼成温度は約600℃とした。その後、オーバーコート層８をスクリーン印刷により形成し、乾燥・焼成する。グラファイトの耐熱性に考慮して、オーバーコート層８の材料は400〜500℃で焼成可能なガラスを選択した。
【００５１】
次に、本実施例の抵抗発熱体６の形状・特性について詳細に説明する。図１は本実施例における加熱体３の正面図である。図１においては、簡単のためオーバーコート層８を省略している。
【００５２】
本実施例では、抵抗発熱体６を4分割している。分割された抵抗発熱体６の長手方向の距離aは55mm・幅方向の距離dは2.6mmとし、4つとも同じ形状とした。よって、抵抗発熱体６の全長は220mmとなる。抵抗発熱体６の厚さは約10μmとした。分割された抵抗発熱体６同士の隙間の距離bは0.5mmとした。導電パターン１４の幅c及び導電パターン間距離cも0.5mmとした。基板端から導電パターン１４までの距離eは0.7mmとした。距離b・c・eは、製造上可能な最小の値としている。
【００５３】
給電用電極９・１０に給電されると、電流Iは抵抗発熱体６・導電パターン１４を図１に示す矢印方向に流れる。つまり、分割された抵抗発熱体６においては、記録材Pの搬送方向に給電され（以下、搬送方向給電と記す）、電流Iは基板７の幅方向に流れる。そして、搬送方向給電の各抵抗発熱体が電気的に直列に接続されている。本実施例では、給電用電極９・１０は基板端部の同じ側（図１において右側）に設けているが、基板７の両端部に配置してもよい。
【００５４】
従来の抵抗発熱体は銀パラジウム（Ag/Pd）等の金属を主体としたペーストで形成されているのが一般的であり、正の抵抗温度特性（温度が上がると抵抗が上がる  PTC特性）を示す。一方、本実施例で抵抗発熱体として用いているグラファイトは、ある温度を境にその温度以下では負の抵抗温度特性（温度が上がると抵抗が下がる  NTC特性）を、その温度以上ではPTC特性を示す性質があり、その変曲点温度は700℃程度である。
【００５５】
加熱体３の最高到達温度は200〜300℃程度であるので、本実施例の抵抗発熱体６は、加熱装置１０７の実使用時においてはNTC特性を示す。本実施例の抵抗発熱体６の抵抗変化率は-1000ppm/℃程度（25℃から200℃までの抵抗変化率 以下の抵抗変化率の値も同様）とした。ちなみに、従来の加熱体に用いられている銀パラジウムペーストの抵抗変化率は0〜1000ppm/℃程度である。
【００５６】
本実施例では、抵抗発熱体６の常温のシート抵抗は約100Ω/sq（厚さ10μm）であり、抵抗発熱体６の常温における総抵抗（給電用電極９・１０間の抵抗）は19Ωとした。
【００５７】
本実施例との比較のために、従来例の加熱体について説明する。図６は従来例の加熱体の正面図である。１５は従来例の抵抗発熱体であり、銀パラジウム・ガラス粉末（無機結着剤）・有機結着剤を混練して調合したペーストを、アルミナ基板７上にスクリーン印刷により、幅2.6mm・長さ220mm・厚さ約10μmの線帯状に形成して得たものである（発熱体幅・全長・厚さは本実施例と同じ）。従来例の抵抗発熱体１５は、常温のシート抵抗が約0.2Ω/sq（厚さ10μm）であるものを用いた。総抵抗は、本実施例と同じく、常温で19Ωとした。従来例の抵抗発熱体１５の抵抗変化率は500ppm/℃程度とした。抵抗発熱体１５の材料としては、銀パラジウム以外にRuO2、Ta2N等の電気抵抗材料を用いても良い。
【００５８】
抵抗発熱体１５の材料・形状及び導電パターン１４の形状以外の加熱体構成は本実施例と同じとした。オーバーコート層も本実施例と同じものを用いたが、図６では省略している。
【００５９】
従来例の抵抗発熱体１５は長手方向に給電され、電流iは図６に示す長手方向に流れる。従来の加熱体では、従来例のように長手方向に給電するタイプが一般的である。
【００６０】
従来例の加熱体を備えた加熱装置に小サイズ紙を通紙すると、前述した非通紙部昇温が発生する。従来例の加熱体を本実施例で説明した加熱装置に搭載した場合を考え、以下、非通紙部昇温についてモデル図を用いて説明する。
【００６１】
図７は従来例の抵抗発熱体１５のモデル図である。ここでは、抵抗発熱体１５を長さa（＝55mm）に4分割して考え、中央部の2つの部分の抵抗をそれぞれr1、端部の2つの部分の抵抗をそれぞれr2とする（中央部と端部の温度が同じであればr1＝r2）。2（r1＋r2）が総抵抗になり、常温では19Ωである。抵抗発熱体１５に流れる電流をiとすると、中央部の1ブロックの発熱量q1はi2・r1であり、端部の1ブロック発熱量q2はi2・r2である。
【００６２】
簡単のため、幅2a（＝110mm）の小サイズ紙が通紙された場合を考えると、中央部の抵抗がr1の部分は通紙部に、端部の抵抗がr2の部分は非通紙部になる。加熱体の温度制御は通紙部に設けられた検温素子５で行われるので、小サイズ紙に熱を奪われる通紙部に比べて、小サイズ紙に熱を奪われない非通紙部の温度は上昇する。従来例の抵抗発熱体１５はPTC特性であるため、小サイズ紙通紙時はr1＜r2となる。電流iは通紙部・非通紙部で同じであるためq1＜q2となり、非通紙部の発熱量は中央部の発熱量よりも大きくなる。
【００６３】
本実施例の加熱体３についても、同様にモデル図を用いて考えてみる。図８は本実施例の抵抗発熱体６のモデル図である。4分割された抵抗発熱体６の抵抗を、中央部をR1・端部をR2とする（中央部と端部の温度が同じであればR1＝R2）。2（R1＋R2）が総抵抗になり、常温では19Ωである。つまり、温度が全て等しければr1＝r2＝R1＝R2である。抵抗発熱体６に流れる電流をIとすると、中央部の1ブロックの発熱量Q1はI2・R1であり、端部の1ブロックの発熱量Q2はI2・R2である。
【００６４】
従来例の加熱体の場合と同様に、幅2a（＝110mm）の小サイズ紙が通紙された場合を考えると、中央部の抵抗がR1の部分は通紙部に、端部の抵抗がR2の部分は非通紙部になる。本実施例の加熱体でも従来例の加熱体の場合と同じく、小サイズ紙を通紙すると通紙部よりも非通紙部の温度が高くなる。本実施例の抵抗発熱体６はNTC特性であるため、小サイズ紙通紙時はR1＞R2となる。電流Iは通紙部・非通紙部で同じであるためQ1＞Q2となり、本実施例の場合は、非通紙部の発熱量は中央部の発熱量よりも小さくなる。
【００６５】
従来例と本実施例の加熱体の定着性は発熱体幅が同じ2.6mmであるのでほぼ同等である。よって、同じ小サイズ紙を通紙したときの通紙部の発熱量（＝定着性）はほぼ同等、すなわちq1＝Q1となる。故に、同じ小サイズ紙を通紙したときの非通紙部の発熱量はq2＞Q2となり、本実施例の方が従来例よりも非通紙部昇温が小さくなることが分かる。
【００６６】
グラファイトペーストはNTC特性を示す材料の中ではシート抵抗が低い方であるが、銀パラジウム等の金属ペーストに比べるとシート抵抗は大きい。よって、グラファイトペーストで従来例の加熱体のように長手方向に給電する抵抗発熱体パターンを形成すると、総抵抗が非常に大きくなり加熱体として用いることができない（例えば、本実施例のシート抵抗のグラファイトペーストで、図６の従来例のパターンを厚さ約10μmで形成すると、総抵抗は約8500Ωになってしまう）。これはグラファイト以外のNTC特性を示す材料にも言えることである。
【００６７】
長手方向給電で総抵抗を小さくするには、抵抗発熱体を厚くすることも考えられるが、本実施例のシート抵抗のグラファイトペーストを用いて図６のパターンを形成し総抵抗を19Ω程度にするには、厚さを4mm程度にする必要があり、スクリーン印刷が困難になる上に、仮に印刷できたとしても、グラファイトは強度があまり強くないため、常に加圧ローラで加圧された状態では耐久性に難がある場合が多い。
【００６８】
また、長手方向給電の構成で、薄層で総抵抗も小さくするには、グラファイトペーストに抵抗の低い別の材料を混ぜることも考えられる。総抵抗を十分小さくするには、抵抗の低い材料として金属が考えられるが、金属はPTC特性を有しているため、グラファイトのNTC特性が打ち消されてしまい、非通紙部昇温防止の効果も低減する。
【００６９】
結局、グラファイト等のNTC特性の抵抗発熱体を用いて長手方向に給電するタイプの加熱体を形成しようとすると、加熱体として問題があったり、非通紙部昇温防止の効果が得られなかったりする。よって、基板を複雑な形状にして総抵抗を小さくする等の工夫が必須となり、簡単な構成で非通紙部昇温を防止することはできない。
【００７０】
一方、特開2000-58232号公報に開示されているようにPTC特性を有する抵抗発熱体に搬送方向給電を行い、非通紙部昇温を防止する構成も考案されている。しかし、PTC特性の抵抗発熱体は金属等の抵抗の低いものが一般的であり、搬送方向給電の構成にすると総抵抗が低くなりすぎて加熱体としての実現が難しい。
【００７１】
つまり、非通紙部昇温防止の観点においては、NTC特性の抵抗発熱体は長手方向給電が有効だが、総抵抗が大きくなりすぎ、PTC特性の抵抗発熱体は搬送方向給電が有効だが総抵抗が小さくなりすぎるという課題が存在する。本発明はこの課題を解決するものであり、シート抵抗の高いNTC特性の抵抗発熱体で総抵抗を小さくするために搬送方向給電とし、そのままでは非通紙部昇温防止ができないので、分割して直列に接続するというものである。搬送方向給電の構成で非通紙部昇温を防止するには、分割なしの構成（特開2000-58232号公報に開示の構成）あるいは2分割して直列に接続した構成では、前述したようにPTC特性が有効だが、3分割以上で直列に接続した構成では本実施例で説明したようにNTC特性が有効になる。よって、本実施例のように4分割でなくても、抵抗発熱体のシート抵抗・発熱体幅・厚さに合わせて、所望の総抵抗が得られるように3分割以上で分割数を変えても良い。
【００７２】
なお、本実施例では、簡単のために、紙端と抵抗発熱体６の隙間（長さbの部分）とが一致している小サイズ紙を例に挙げて非通紙部昇温防止の効果を説明したが、紙端と隙間が一致していない紙幅の小サイズ紙においても、非通紙部昇温は低減できる。その場合、紙端が通過する1ブロック内で考えるとPTC特性が有利になるが、抵抗発熱体の長手全体で考えるとやはりNTC特性が有利になる。
【００７３】
以下に本実施例の加熱体と従来例の加熱体との比較を示す。本実施例と従来例で加熱体以外の加熱装置・画像形成装置の構成は同じとし、加熱装置が十分室温（25℃）になじんだ状態からハガキサイズの記録材を連続で100枚通紙したときの、非通紙部の最高温度（加熱体裏面を熱電対で測定）を比較した。定着温度は200℃とした。入力電圧は100Vとし、画像形成装置のプロセススピードは120mm/sec.とした。結果を表１に示す。
【００７４】
【表１】
2007025474.tif 000003
表１に示すように、従来例に比べて大幅に（約50℃）非通紙部温度を下げることができた。
【００７５】
次にハガキサイズで坪量が157g/m2の厚紙を強制的に重送させて通紙し、何枚重送させると加熱装置の劣化・破損に至るかを試験した。定着温度・入力電圧・プロセススピード非通紙部昇温を測定したときと同条件とした。試験結果を表２に示す。
【００７６】
【表２】
2007025474.tif 000004
表２に示すように、従来例の加熱体は、非通紙部昇温により基板に発生する熱応力によって、4または5重送で破損に至り、ステー・フィルム・加圧ローラ表層の非通紙部に劣化が認められた。一方、本実施例の加熱体は、2回とも10重送まで重送枚数を増やしていったが破損せず、ステー・フィルム・加圧ローラにも劣化は認められなかった。この結果からも本実施例の加熱体を用いることによって、非通紙部昇温が大幅に低減できていることが分かる。
【００７７】
（実施例２）
本実施例では、実施例１で述べた分割された抵抗発熱体の隙間部分の形状を変更したものについて説明する。実施例１と異なっているのは抵抗発熱体のパターン形状のみであり、それ以外の加熱体・加熱装置・画像形成装置の構成は実施例１と同じである。図９に本実施例の加熱体の正面図を示す。
【００７８】
本実施例の抵抗発熱体６は、実施例１と同じくグラファイト・ガラス粉末（無機結着剤）・有機結着剤を混練して調合したペーストをスクリーン印刷により、基板７上に形成して得たものである。抵抗発熱体６は実施例１と同一のものを用いた。基板７・給電用電極９・１０・導電パターン１４・オーバーコート層８も実施例１と同じものを用いている。図９においては、簡単のためオーバーコート層８を省略している。
【００７９】
本実施例の抵抗発熱体パターンは実施例１と同じく、4分割された各ブロックを搬送方向に給電し直列に接続している。a〜eの各距離も実施例１と同じ値としている。抵抗発熱体６の常温における総抵抗（給電用電極９・１０間の抵抗）も実施例１と同じく19Ωとした。
【００８０】
実施例１は抵抗発熱体６の各ブロックが長方形であり、距離bの隙間部分の形状も長方形になっている。よって、記録材Pが加熱装置を通過する際、全く抵抗発熱体６が存在しない領域を通過する部分が生じてしまい、その部分で定着性が他の部分よりも悪化する可能性がある。全体的に定着性に余裕のある構成であれば、この悪化分は通常問題になることはないが、坪量の大きい紙や表面性の悪い紙等を低温環境等で通紙された場合、問題が顕在化する可能性がある。
【００８１】
本実施例はこの隙間部分の定着性悪化を低減する目的のため、図９に示すように、抵抗発熱体６の各ブロックを両端2ブロックは台形に、中央2ブロックは平行四辺形にして、距離bの隙間部分の形状を平行四辺形にしている。隙間部分を平行四辺形にし、距離bを製造上可能な範囲で小さくする（b＝0.5mm）ことにより、記録材Pが加熱装置を通過する際、全く抵抗発熱体６が存在しない領域を通過することがなくなる。もちろん、本実施例でも隙間部分の定着性はそれ以外の部分に対しては劣るが、実施例１よりは差は少ない。
【００８２】
本実施例の抵抗発熱体パターンにおいて、隙間部分の発熱量がそれ以外の部分の発熱量に対してどの程度であるかを計算してみた。図１０は本実施例の抵抗発熱体パターンの隙間部分の拡大図である。抵抗発熱体の隙間部分の形状は、図１０の発熱体幅d・隙間の距離b・角度θで決まる。隙間がない領域では、電流は記録材Pの搬送方向aと平行に流れると考えられる。ここで、3角形ABDの領域では、電流は斜めに流れる（例えば点Cから電流は線分CAを通り点Aへ流れる）と仮定する。線分BAの抵抗をR0とおくと、線分CAの抵抗はR(x)は
【００８３】
【数１】
2007025474.tif 000005
となる（線分BC間の距離をxとおいている）。よって、線分BAを電流が流れることによって発生する発熱量をQ0とおくと、線分CAで発生する発熱量Q(x)は
【００８４】
【数２】
2007025474.tif 000006
となる（導電パターン１４の体積抵抗は抵抗発熱体６の体積抵抗に比べて十分小さいので、導電パターン１４における電圧降下は無視し、BA間にかかる電圧とCA間にかかる電圧は同じであるとしている）。
【００８５】
3角形ABDの領域で発生する総発熱量はQ(x)をx＝0からx＝d/tanθ（線分BD間の距離）まで積分した値と考えられる。よって、3角形ABDの領域で発生する総発熱量をP(θ)とすると、
【００８６】
【数３】
2007025474.tif 000007
となる。この積分はx＝dtanαとおくことで求めることができ、
【００８７】
【数４】
2007025474.tif 000008
となる。
【００８８】
隙間がある部分の発熱量は3角形ABDが2個分だから2P(θ)であり、隙間がある部分とない部分の発熱量の比率はP(θ)の積分区間の距離d/tanθ・隙間の距離bを考慮すると、
【００８９】
【数５】
2007025474.tif 000009
となり、発熱体幅d・隙間の距離b・角度θで決まる変数となる。
【００９０】
図１１に角度θと発熱比との関係を示す。図１１の縦軸の発熱比は隙間がない部分の発熱量を100％としたときの隙間がある部分の発熱量（％）を示す。図１１の4本の曲線は、隙間の距離bは0.5mmで固定し、発熱体幅dを本実施例の2.6mmと2/3/4mmと変えた場合の発熱比を、それぞれ式（１）に従って計算したものである。図１１を見て分かるように、発熱比の曲線はある角度θで最大値を持つ。各発熱体幅において、発熱比の最大値とそのときの角度θをまとめると表３のようになる。
【００９１】
【表３】
2007025474.tif 000010
表３に示す通り、発熱体幅dが大きくなるほど、発熱比の最大値とそのときの角度θは大きくなる傾向にある。また、今回の計算では隙間の距離bは固定したが、式（１）を見ても分かるように、隙間の距離bが小さいほど発熱比が大きくなるので、製造上可能な範囲でbを小さくした方が良いのはそこからも明らかである。
【００９２】
本実施例では、発熱体幅dは2.6mmとしたので、角度θは、計算上最も発熱比が大きく隙間部分の定着性の良い55°としている。また、本実施例の加熱装置を用いて、角度θと隙間部分の定着性の関係を検討した結果、やはり角度θは55°付近が最も隙間部分の定着性が良く、隙間がない部分との差は実施例１よりも小さいという結果が得られた。
【００９３】
発熱体幅は加熱装置によって異なる（基板幅・ニップ幅との関係等によって決まる）ので、その装置の発熱体幅dと隙間の距離bに合わせて、最も発熱比が大きくなる角度θを選択することが望ましい。
【００９４】
また、本実施例の加熱体においても、実施例１の加熱体と同じメカニズムで非通紙部昇温低減の効果はあるのは言うまでもない。更に、本実施例では、抵抗発熱体を分割する上で必須となる隙間部分における定着性の悪化を実施例１よりも小さくできるという利点もある。
【００９５】
（実施例３）
本実施例では、実施例２で述べた抵抗発熱体の隙間部分の定着性悪化を更に低減する構成について説明する。実施例１・２と異なっているのは抵抗発熱体のパターン形状のみであり、それ以外の加熱体・加熱装置・画像形成装置の構成は実施例１・２と同じである。図１２に本実施例の加熱体の正面図を示す。
【００９６】
本実施例の抵抗発熱体１６は、実施例１・２と同じくグラファイト・ガラス粉末（無機結着剤）・有機結着剤を混練して調合したペーストをスクリーン印刷により、基板７上に形成して得たものである。基板７・給電用電極９・１０・導電パターン１４・オーバーコート層８も実施例１・２と同じものを用いている。図１２においては、簡単のためオーバーコート層８を省略している。
【００９７】
本実施例の抵抗発熱体１６では、図１２の縦線部分（長方形の領域）と斜線部分（3角形の領域）とで抵抗発熱体のシート抵抗を変えている。抵抗発熱体のシート抵抗を変えている以外は、実施例２と全く同形状のパターンであり、a〜eの各距離も実施例１・２と同じ値としている。抵抗発熱体１６の常温における総抵抗（給電用電極９・１０間の抵抗）も実施例１・２と同じく19Ωとした。
【００９８】
実施例２では、角度θは55°としたので、表３に従い隙間部分の発熱量は隙間のない部分の82.0％となる。本実施例ではこの発熱量低下を完全になくすために、斜線部分のシート抵抗を縦線部分のシート抵抗の1.22倍（＝1/0.82）とし、（１）式で計算した発熱比を100％とした（本実施例でも角度θは55°である）。具体的には、縦線部分のシート抵抗を実施例１・２と同じく約100Ω/sq（厚さ10μm）、斜線部分のシート抵抗を約122Ω/sq（厚さ10μm）としている。実際に、本実施例の加熱装置を用いて、隙間がある部分と隙間がない部分の定着性を比較した結果、同等の定着性を示した。
【００９９】
本実施例の抵抗発熱体構成で角度θを変えた場合、斜線部分のシート抵抗を縦線部分のシート抵抗の何倍（＝抵抗比fとする）にすれば発熱比が100％になるかは、（１）式を基に求めることができる。角度θと抵抗比fとの関係を図１３に示す。図１３の曲線は図１１の曲線と大小が逆になっており、角度θが55°のとき、抵抗比fは最小値1.22をとる。
【０１００】
本実施例の加熱体においても、実施例１・２の加熱体と同じメカニズムで、実施例１・２と同等の非通紙部昇温低減の効果はある。更に、本実施例では、抵抗発熱体を分割する上で必須となる隙間部分における定着性の悪化を完全になくし、定着性が悪い条件においても長手方向で均一な定着性を確保することができるという点で、実施例１・２より優れている。
【０１０１】
なお、本実施例では、隙間部分の発熱量低下を補うために、隙間部分近傍の抵抗発熱体のシート抵抗を上げたが、隙間部分近傍の抵抗発熱体を薄くすることで抵抗アップを実現してもよい。本実施例の構成では、斜線部分の厚さを縦線部分の82.0％とすることで、発熱量を同等にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【０１０２】
【図１】実施例１における加熱体の正面図
【図２】実施例１における加熱体の正面図と給電制御系の説明図
【図３】実施例１における加熱体の断面図
【図４】本発明における加熱装置の要部を示す概略構成図
【図５】本発明における画像形成装置の要部を示す概略構成図
【図６】従来例における加熱体の正面図
【図７】従来例における抵抗発熱体のモデル図
【図８】実施例１における抵抗発熱体のモデル図
【図９】実施例２における加熱体の正面図
【図１０】実施例２における抵抗発熱体の拡大図
【図１１】角度θと発熱比との関係を示す図
【図１２】実施例３における加熱体の正面図
【図１３】角度θと抵抗比fとの関係を示す図
【符号の説明】
【０１０３】
１  ステー
２  フィルム
３  加熱体（ヒータ）
４  加圧ローラ
５  検温素子（外部当接型サーミスタ）
６  実施例１・２の抵抗発熱体
７  加熱体基板
８  オーバーコート層
９・１０  給電用電極
１１  CPU
１２  トライアック
１３  AC電源
１４  導電パターン
１５  従来例の抵抗発熱体
１６  実施例３の抵抗発熱体
N  ニップ部
P  記録材
T  トナー
a  記録材搬送方向
【図１】
2007025474.tif 000011
【図２】
2007025474.tif 000012
【図３】
2007025474.tif 000013
【図４】
2007025474.tif 000014
【図５】
2007025474.tif 000015
【図６】
2007025474.tif 000016
【図７】
2007025474.tif 000017
【図８】
2007025474.tif 000018
【図９】
2007025474.tif 000019
【図１０】
2007025474.tif 000020
【図１１】
2007025474.tif 000021
【図１２】
2007025474.tif 000022
【図１３】
2007025474.tif 000023